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Verfahren zur Herstellung eines festen, flockigen Natriummetaborat-Produkts
Verfahren für die Herstellung von Natriummetaborat sind bekannt. Danach wird Borax,
Natriumhydroxyd und freies Wasser gemischt. Die erhaltenen Produkte weisen 4 und
mehr Mol Hydratationswasser auf und backen bei der Lagerung stark zusammen. Darüber
hinaus weisen diese Verfahren alle Nachteile eines diskontinuierlichen Verfahrens
auf und stellen große Probleme hinsichtlich der Betriebsführung. Beim Mischen der
Rohprodukte bildet sich zuerst ein flüssiger Schlamm, jedoch in wenigen Sekunden
wird dieser immer dicker und steifer und versteift sich, je weiter die Reaktion
fortschreitet. Diese steife Masse bereitet große Schwierigkeiten bei ihrer Aufarbeitung,
es muß ein Erwärmen verhindert und in manchen Fällen sogar das Reaktionsgefäß gekühlt
werden. Auf diese Weise ist die Herstellung eines Produkts mit weniger als 4 Mol
Kristallwasser nicht möglich. Schließlich führen diese Verfahren immer zu Feststoffen,
die entweder zerkleinert werden müssen oder welche in feinkristalliner Form anfallen.
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Es wurde bereits Natriummetaborat mit 4 Mol Wasser nach einem sogenannten
Trockenverfahren hergestellt. Danach werden Borax und Ätznatron zusammen in Abwesenheit
von freiem Wasser umgesetzt. Das pulverförmige Rohmaterial wird gemischt. Es entwickelt
sich beträchtliche Reaktionswärme und bildet sich eine hochviskose Reaktionsmasse,
die beim Abkühlen festes Natriummetaborat liefert. Wird diese Reaktionsmasse während
des Abkühlens gerührt, so erhält man das Metaborat als feinkristallines Pulver.
Wird nicht gerührt, so muß die erhaltene Masse, um ein marktfähiges Produkt zu erreichen,
aufgemahlen werden. Dieses Verfahren weist eine große Anzahl von Nachteilen auf:
Das Produkt backt bei der Lagerung.
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Für ein marktfähiges Produkt muß entweder die flüssige Reaktionsmasse
gerührt werden, was wegen der hohen Viskosität der Masse einen großen Kraftaufwand
erfordert, oder es muß die ganze verfestigte Masse aufgemahlen werden. Durch die
hohe Viskosität der Reaktionsmasse ist ihre Förderung außerordentlich schwierig,
so daß sich dieses Verfahren nicht kontinuierlich betreiben läßt.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von kristallwasserhaltigem
Natriummetaborat, welches die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es erstmals, ein in Wasser leicht lösliches
Natriummetaborat herzustellen, welches bei der Lagerung nicht zusammenbackt. Es
fällt direkt als marktfähiges Produkt an, ist leicht zu handhaben ohne der Notwendigkeit
von weiteren Verfahrensstufen wie Mahlen oder Kristallisation unter dauernder Bewegung.
Es ist auch ohne Schwierigkeit möglich, das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich
durchzuführen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst in bekannter Weise
eine trockene Mischung von kristallwasserhaltigem Natriumtetraborat und Natriumhydroxyd
in einem Molverhältnis von etwa 1: 2 hergestellt und dann diese Reaktionsmasse,
wenn die Reaktion einsetzt, einem Trommeltrockner aufgegeben, dessen Trockenflächen
eine Temperatur zwischen etwa 80° C und der Schmelztemperatur des Metaboratprodukts,
jedoch unter der Zersetzungstemperatur einer Komponente des Gemisches, aufweisen.
Auf der Trockentrommel wird nun die Reaktionsmasse bis auf einen Kristallwassergehalt
unter 4 Mol des Natriummetaborats getrocknet und von der Trockentrommel abgezogen.
Die bevorzugte Temperatur der Trockenfläche liegt zwischen 125 und 220° C.
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Jede hydratisierte Form von Natriumtetraborat kann verwendet werden,
beispielsweise ein solches mit 2, 4, 5, 8 oder 10 Molekülen Kristallwasser, wovon
Pentahydrat und Decahydrat bevorzugt werden. Es ist selbstverständlich, daß - wenn
die Mischung
als trocken bezeichnet wird - gemeint ist, daß kein
freies Wasser der Reaktionsmischung zugesetzt wird und daß im wesentlichen nur Wasser
in Form von Kristallwasser vorliegt. Die Reaktion setzt von selbst ein. Wenn man
Natriumhydroxyd mit Tetraborat trocken mischt, so nimmt es das Wasser des Tetraborats
auf und beginnt sich aufzulösen, das ist der Zeitpunkt des Reaktionsbeginns der
Komponenten. Der Einsatz der Reaktion ist leicht feststellbar, da sie stark exotherm
ist.
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Es ist von größter Wichtigkeit, festzustellen, daß - wenn die Reaktion
einmal eingesetzt hat - die Mischung schnell auf den Trommeltrockner gebracht werden
soll, wo sie schmilzt, die Reaktion zu Ende läuft und das gebildete Natriummetaborat
erstarrt. Das alles soll in sehr kurzer Zeit geschehen. Das Endprodukt, das man
als feste Flocken erhält, enthält weniger als 4 Mol Kristallwasser, ist stabil und
backt bei Lagerung nicht zusammen. Die Anwendung eines Trommeltrockners stellt eine
außerordentlich rasche Methode zur Vervollständigung der Reaktion dar, wobei das
überschüssige Wasser ausgetrieben wird und das Produkt erstarrt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist wohl geeignet als kontinuierliches
Verfahren, wobei die Reaktionspartner kontinuierlich gemischt und einer automatischen
Fördervorrichtung zugeleitet werden, die ihrerseits die Mischung dem Trommeltrockner
mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit kontinuierlich aufgibt.
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Ein Maß für die Stabilität der hydratisierten Verbindung, hergestellt
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, ist ihre Fähigkeit, einen konstanten Wassergehalt
unter normalen atmosphärischen Bedingungen beizubehalten. Natriummetaborat, nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, behält den ursprünglichen Wassergehalt
bei Lagerung in Säcken oder großen Bunkern während im wesentlichen unbegrenzter
Zeit. Substanzen, wie Natriummetaborat-Octahydrat, in anscheinend trockenem Zustand
verlieren an der Atmosphäre Wasser. Eine Wasserabgabe wie diese bringt viele Pobleme
in der Handhabung mit sich, da sie der Hauptgrund für das Zusammenbacken ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur besonders geeignet für
die Herstellung von kristallwasserhaltigem Natriummetaborat in Form von Flocken,
das sich in der Photographie und zur Herstellung von Klebstoffen eignet, sondern
auch zur Herstellung von nicht entmischenden Zubereitungen mit Herbiziden, Pestiziden
oder Fungiziden. Stoffe, enthaltend Natriummetaborat zusammen mit einem Chlorat,
sind ein bekanntes Material für herbizide Zubereitungen.
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Die Borate zusammen mit den Chloraten führen zu einer schnellen Abtötung
auf Grund ihres Chloratgehaltes und zeigen verlängerte Wirksamkeit auf Grund des
Boratgehaltes. Das Verhältnis von Metaborat zu Chlorat kann schwanken, und zwar
abhängig von der gewünschten Feuersicherheit und der Länge der herbiziden Wirksamkeit.
Zubereitungen mit etwa 15 bis 60% Natriumchlorat und etwa 85 bis 40% Natriummetaborat
stellen ausgezeichnete wasserlösliche Herbizide dar, die nicht feuergefährlich und
so gut wie unbegrenzt ohne Zusammenbacken lagerfähig sind.
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Man kann Zubereitungen von Natriummetaborat und Natriumchlorat herstellen
nach im wesentlichen dem gleichen Verfahren wie das Metaborat selbst. Man gibt Tetraborat
und Natriumhydroxyd im Molverhältnis 1 : 2 in einen Mischer, dazu fügt man die gewünschte
Menge an Natriumchlorat und mischt trocken die drei Substanzen, bis die Reaktion
einsetzt. Sobald dies geschehen ist, wird die Mischung einem Trommeltrockner aufgegeben,
wo sie schmilzt und Natriummetaborat und Natriumchlorat in dem Maße, wie sich die
Reaktionsmasse verfestigt, zusammen auskristallisieren, worauf das Produkt als feste
Flocken gewonnen wird.
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Das erfindungsgemäß hergestellte Natriummetaborat ist auch anwendbar
als Komponente in herbiziden, pestiziden oder fungiziden Zubereitungen, die neben
der anorganischen Komponente noch übliche organische Wirkstoffe enthalten, wobei
die anorganische Komponente Natriummetaborat mit oder ohne Natriumchlorat darstellt.
Bei der Herstellung von Zubereitungen aus organischen Substanzen zusammen mit Metaborat
und Chlorat soll das organische Material in das Reaktionsgefäß zugegeben werden,
nachdem Natriumchlorat mit Natriumtetraborat sorgfältig gemischt wurde. Diese Methode
der Zugabe der organischen Substanzen, nachdem Chlorat und Borat gut gemischt wurden,
verhindert jede mögliche heftige Reaktion zwischen Chlorat und organischem Material.
Das Verfahren wird dann, wie oben angeführt, zu Ende geführt.
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Die organischen Stoffe werden vorzugsweise in Mengen zwischen etwa
1 und 18 Gewichtsteilen auf etwa 99 bis 82 Gewichtsteile Metaborat bzw. einer Mischung
Metaborat-Chlorat.
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Die Zubereitungen mit Natriumchlorat und Natriummetaborat allein oder
in Verbindung mit verschiedenen organischen Substanzen als fungizide Mittel sind
stabil und behalten über eine lange Lagerperiode ihr ursprüngliches Kristallwasser
bei. Versuche auf Feldern ergaben, daß die Flockenform des Materials außerordentlich
zufriedenstellend ist, da in dieser Form die Zubereitungen leicht mit üblichen Sprühgeräten
für feste Herbizide aufgebracht werden können, darüber hinaus sind sie in kaltem
Wasser so leicht löslich, daß man Lösungen hohen Konzentrationen für eventuelle
flüssige Aufbringung erhalten kann.
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Die Erfindung wird an folgenden Beispielen erläutert: Beispiel 1 Eine
Masse aus 25,9 kg Borax Na2B407 - 1 0H20 und 5,5 kg Natriumhydroxyd, das ist Molverhältnis
1:2, wurde in eine Mischtrommel gefüllt und etwa '/z Stunde bewegt, woraufhin die
Temperatur der Mischung zu steigen begann. Die Mischung wurde nun auf einen Trommeltrockner
mit einer Oberfläche von etwa 930 cm2 bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 4
UpM gegeben und dieser mit Dampf auf etwa 158c C erhitzt. Unter diesen Bedingungen
betrug die Einspeisegeschwindigkeit 10,4 kg/h und die Austragung von fertigem Produkt
6,8 kg/h. Die chemische Analyse des festen flockigen Produkts ergab folgende Werte:
Na20=35,7%, B203=40,0%, H20 = 24,3% entsprechend Natriummetaborat der Formel Na2B204
- 2,35 H20.
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Beispiel 2 Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Maßgabe, daß die Temperatur
des Trommeltrockners auf etwa 135c C gesenkt wurde. Die chemische Analyse des
festen,
flockigen Produkts ergab: Na10 = 32,0%, B203 = 35,9%, H20 = 32,1% entsprechend der
Formel Na2B204 - 3,45 H20.
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Beispiel 3 Beispiel 1 wurde wiederholt der Maßgabe, daß die Temperatur
des Trommeltrockners erhöht wurde auf etwa 175° C und die Umdrehungsgeschwindigkeit
6 UpM betrug. Die Austragung war in diesem Fall 10,4 kg/h. Die chemische Analyse
ergab: Na20=33,6%, B203=37,6%, H20=29,8% entsprechend einer Formel Na2B204 - 3 H20.